赵立平教授破解肠道菌群密码：发现“基石”与“病生”两大力量

赵立平教授破解肠道菌群密码：发现“基石”与“病生”两大力量

2024年10月，上海交通大学赵立平教授团队在国际顶级期刊《Cell》上发表了一项突破性研究，首次揭示了人体肠道菌群中存在两类关键菌群——“基石功能群”和“病生功能群”，并提出了创新性的“跷跷板模型”。这一发现不仅为评估肠道健康提供了全新标准，更为个性化医疗和健康管理开辟了新途径。

赵立平教授团队通过对110名2型糖尿病患者进行对照试验，创新性地开发了高分辨率的菌群测序大数据分析技术。研究团队将肠道细菌按照协作或竞争行为划分成不同的“功能群”，最终筛选出141株在不同时间点都能稳定保持协作或竞争关系的细菌，发现了这一组类似“跷跷板”的网络结构模型。

研究发现，当“基石功能群”占据优势时，人体肠道菌群处于健康状态；而当“病生功能群”占据优势且优势越来越大时，则预示着人体健康出现问题。为了更直观地说明“基石功能群”的重要性，赵立平教授将其比喻为“大树菌”。他指出，只有当“大树菌”占据主导地位时，肠道的微生态系统才能像茂密的森林一样保持稳定，抑制病生功能群细菌和其他病菌的过度生长，进而维持整体健康。

为了验证这一发现的普遍适用性，研究团队进一步分析了来自5个国家、涵盖7种疾病的11项病例-对照数据，包括糖尿病、心血管疾病、强直性脊柱炎、结直肠癌、炎症性肠病、肝硬化和精神分裂症。结果显示，“跷跷板”模型广泛存在于几乎所有患者和健康人群的肠道样本中，符合“核心菌群”的特征。

研究团队还构建了一个“超级数据集”，涵盖了三大洲、涉及15种疾病的26项病例-对照研究，共包含1780名病人和1604名对照人群。分析表明，该模型能够准确判断不同疾病的患者与对照样本，不受地域、人种和疾病类型等因素的影响。此外，团队还利用该模型搭建了一套概率打分系统，用于评估菌群失调的程度，为定量监测肠道健康状况提供了新方法。

研究团队发现，通过精准营养干预，可以改变这两组功能群在肠道中的比例，使基石功能群即“大树菌”占据优势，进而改善患者的健康状况。更令人惊喜的是，它们的比例失调比疾病症状更早出现，这为疾病的个性化预防、治疗与健康管理开辟了新的路径。

研究团队将晚期黑色素瘤、B细胞淋巴瘤、炎症性肠病和类风湿性关节炎的11项免疫治疗临床试验的菌群数据整合，利用“跷跷板”模型可以预测患者对免疫疗法的个性化反应，准确率达到临床应用水平。这一发现有望帮助医生在治疗前预判患者对不同疗法的反应，从而优化治疗方案，提升精准度和疗效。

赵立平教授在肠道菌群研究领域已深耕30余年。早在2005年，他就提出了寻找核心菌群的设想，并一直致力于相关研究。他发现首例可以引起肥胖的人体肠道病菌，开发以肠道菌群为靶点的肥胖症、糖尿病营养治疗方案，建立基因组专一性、不依赖数据库、基于生态功能群的微生物组数据分析技术平台。

作为美国微生物科学院（AAM）fellow和加拿大高等研究院（CIFAR）fellow，赵立平教授在Cell、Science、PNAS、ISME Journal、Nature Communications、Nature Reviews Microbiology等顶级期刊发表论文百余篇。他的研究不仅推动了肠道菌群研究领域的发展，更为人类健康事业作出了重要贡献。

赵立平教授表示，发现肠道核心菌群的跷跷板特征，尤其是“大树菌”对健康的重要性，为个性化医疗和精准营养开辟了新的途径。接下来，研究团队将以“大树菌”为靶点，开发一系列可以在临床上实际运用的检测和治疗方案，并在不同疾病中证明其效果，真正为患者带来福音。

中国科学院院士赵国屏评价道：“这一研究成功将原本难以量化的微生态系统转化为可定量分析的网络结构，标志着从基于传统分类学的‘菌株身份’鉴定分析到基于生态学的‘核心菌群’功能动态分析，这既是微生态理论的重大突破，也是微生物组研究方法上的重大创新。”

北京协和医院消化科主任李景南认为，随着基于核心菌群“跷跷板”模型的检测技术的发展，未来有望开发出可精准调节肠道菌群的临床工具，更有效地预防和治疗菌群失调相关疾病，为精准医学和健康管理带来颠覆性变革。

这一突破性发现不仅展示了肠道菌群研究的光明前景，更为人类健康事业带来了新的希望。随着研究的深入和应用的推广，我们有理由相信，精准医疗和健康管理将迎来一个全新的时代。